Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временная изменчивость меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная изменчивость меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

I)

. аХ/г г £

Крашенинникова Светлана Борисовна ---

УДК 551.465

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ МЕРИДИОНАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ И ПЕРЕНОСОВ ТЕПЛА В СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ

11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

11

2014

Севастополь - 2014

005555982

005555982

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Морском гидрофизическом институте Национальной академии наук Украины.

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор,

член-корреспондент HAH Украины Полонский Александр Борисович, Морской гидрофизический институт HAH Украины, заместитель директора института по научной работе.

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

старший научный сотрудник Нестеров Евгений Самойлович, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации», Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (РОСГИДРОМЕТ), заведующий отделом морских гидрологических прогнозов.

кандидат географических наук, Дьяков Николай Николаевич, Севастопольское отделение Федерального государственного бюджетного учреждения «Государственный океанографический институт им. H.H. Зубова», и.о. директора.

Защита состоится «Л» декабря 2014 г. в 11ш часов на заседании Специализированного ученого совета Д 50.158.01 в Морском гидрофизическом институте HAH Украины по адресу: 299011, г.Севастополь, ул. Капитанская, 2, малый конференц-зал.

»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Морского гидрофизического института HAH Украины, г. Севастополь, ул. Капитанская, 2.

Автореферат разослан «До? » Ctnigblit 2014г.

Ученый секретарь

Специализированного ученого советаД 50.158.01

кандидат географических наук Е-А.- Скрипалева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из главных механизмов, посредством которых океан влияет на формирование глобальной климатической системы, является перенос тепла океаническими течениями. Особенно важен меридиональный перенос тепла (МПТ) в тропических и субтропических широтах, поскольку за счет МПТ в системе океан-атмосфера происходит уменьшение термических контрастов между высокими и низкими широтами, причем на океанический МПТ приходится основная доля суммарного переноса тепла в этой широтной полосе. В Субтропической Атлантике эта доля составляет по различным оценкам 60 - 75%.

Атлантический океан играет особую роль в формировании глобального МПТ. В нем существует квазистационарный перенос тепла на север. Он обусловлен глобальной циркуляционной ячейкой, которая формируется за счет термической конвекции и образования холодных глубинных вод в Северной Атлантике и компенсирующего переноса относительно теплых вод термоклина на север.

Величина меридионального переноса тепла существенным образом зависит от вертикальной структуры меридиональной циркуляции (МЦ). Максимальная величина МПТ достигается, когда перенос поверхностных вод в одном направлении полностью компенсируется противоположно направленным переносом глубинных и придонных вод. Однако если вертикальная структура меридиональной скорости течений носит более сложный характер, величина МПТ может быть существенно меньше. Значительную роль в МПТ в Субтропической Атлантике может играть МЦ на уровне промежуточных вод, которая в ряде работ недооценивалась. Поэтому для оценки МПТ необходимо иметь более точное представление о циркуляции промежуточных водных масс.

Изменчивость интенсивности МЦ в Атлантическом океане в значительной степени регулирует низкочастотную изменчивость системы океан-атмосфера в Атлан-тико-Европейском секторе. Таким образом, корректное моделирование глобального климата и его изменений требует точного знания средних величин МЦ и МПТ в океане и тенденций их изменений.

К сожалению, опубликованные данные о МЦ и МПТ в океане достаточно противоречивы. По последним оценкам группы экспертов IPCC положение максимума интегрального меридионального переноса находится между Тропической и Субтропической Атлантикой, хотя разброс оценок его положения велик. Это обусловлено выбором методики определения интегральных тепломассопереносов, и использованием различной первичной информации. Поэтому с целью получения достоверных оценок характеристик МЦ и МПТ важно проведение комплексного анализа всех факторов, влияющих на их качественные и количественные характеристики.

Значительное увеличение количества данных контактных наблюдений за последние десятилетия и использование единой методики прямых вычислений позволяет уточнить средние оценки меридиональных тепломассопереносов в Северной Атлантике, а также проанализировать их изменчивость на разных пространственно-временных масштабах. Это являлось целью многочисленных международных программ и проектов таких как: РАЗРЕЗЫ, ПОЛИМОДЕ, STACS, WATTS, WOCE, RAPID и других, что подтверждает актуальность темы диссертационной работы.

Связь работы с государственными научными программами, планами, темами. Работа выполнена в соответствии с планами научных исследований Морского гидрофизического института Национальной академии наук (HAH) Украины в рамках следующих завершенных и действующих научно-исследовательских тем:

- тема HAH Украины «Исследование изменений климата в системе океан-атмосфера-литосфера на глобальных и региональных масштабах» (шифр «Океан-климат»), ГР № 0101U001023,2001 - 2005 гг., исполнитель;

- тема HAH Украины «Комплексные гидрофизические и гидрохимические исследования морской среды с целью устойчивого, экологически и техногенно безопасного использования ее ресурсного потенциала» (шифр «Океанография»), ГР № 0107U004396,2008 г., исполнитель;

- тема HAH Украины «Фундаментальные и прикладные физико-климатические исследования морской среды и климатической системы океан-атмосфера» (шифр «Климат»), ГР № 0106U001406, 2006 - 2010 гг., исполнитель;

- тема HAH Украины «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюция экосистем Черного и Азовского морей, на основе современных методов контроля состояния морской среды и гридтехнологий» (шифр «Фундаментальная океанология»), ГР № 0111U001420,2011 - 2014 гг., исполнитель.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является выявление особенностей пространственно-временной изменчивости меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике.

Для достижения цели в ходе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:

1. Собрать и систематизировать сведения о меридиональной циркуляции и переносах тепла в Северной Атлантике. Обработать современные массивы данных контактных наблюдений, а также данные атмосферного реанализа. Выбрать методику расчета меридиональных тепломассопереносов.

2. Получить средние оценки интегральных переносов массы и тепла, и их отдельных компонент (дрейфовых и свердруповских переносов). Исследовать их изменчивость на внутригодовом, синоптическом, межгодовом и междекадном масштабах.

3. Оценить вклад стационарных (дрейфовых, свердруповских) и нестационарных процессов в интегральный меридиональный перенос тепла.

Объект исследования - акватория северной части Атлантического океана (2,5 - 50° с.ш.).

Предмет исследования - меридиональная циркуляция и переносы тепла в Северной Атлантике их изменчивость на разных пространственно-временных масштабах.

Методы исследования. Работа выполнена на основе традиционных принципов и методов классической океанографии, применяемых при обработке и анализе массовых данных контактных и дистанционных измерений, имеющихся на электронных носителях. К ним относятся: прямой метод расчета интегральных меридиональных переносов массы/тепла, дрейфовых, бароклинных, баротропных тепломассопереносов и статистический анализ.

Научная новизна полученных результатов.

1. Определены положения максимумов интегральных меридиональных переносов массы и тепла и их отдельных компонент и оценены вклады стационарных и нестационарных процессов в интегральный МПТ в Северной Атлантике на основе обобщенного анализа оценок тепломассопереносов за последние ~ 65 лет.

2. Уточнены характеристики внутригодовых циклов интегрального и дрейфового меридиональных тепломассопереносов, а также расходов течений северозападной части Северного субтропического ангициклонического круговорота (ССАК) на основе данных длительных инструментальных наблюдений и атмосферного реанализа.

3. Впервые на основе анализа прямых оценок интегральных переносов массы и тепла и их отдельных компонент подтверждено, что типичный период междекадной изменчивости тепломассопереносов в Северной Атлантике составляет -60-65 лет.

Практическое значение полученных результатов. Оценки долговременных изменений меридиональной циркуляции и переносов тепла, отражающих интенсивность обменных процессов между высокими и низкими широтами в Северной Атлантике, могут применяться для уточнения прогностических оценок изменчивости климатических характеристик Атлантико-Европейского региона.

Средние оценки меридиональных тепломассопереносов, а также их изменчивости на внутригодовом, синоптическом, межгодовом и междекадном масштабах, могут использоваться для верификации результатов численного моделирования процессов обмена массой и теплом в Северной Атлантике.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут использоваться в качестве учебного материала по специальностям океанология, метеорология, климатология.

Связь работы с государственными научными проектами подтверждает практическую значимость полученных результатов.

Личный вклад соискателя. Соискателем совместно с научным руководителем чл.-корр. HAH Украины, профессором А.Б. Полонским проводилась постановка задач, обсуждение основных результатов и формулировка выводов. Основные работы по теме диссертации опубликованы в соавторстве с А.Б. Полонским и Г.Ф. Джиган-шиньм. Соискатель благодарит научного руководителя А.Б. Полонского за совместную плодотворную работу.

Конкретный вклад соискателя заключается в следующем:

- в работах [1, 2, 12, 17] соискателем проведен анализ методов оценки интегральных меридиональных переносов массы и тепла и произведен их расчет в Субтропической Атлантике прямым методом, а также выделена структура течений в этом регионе по гидрологическим данньш;

- в работах [4, 6, 11, 13 - 15, 19, 23] автором получены средние оценки МПТ в Северной Атлантике, проведен анализ погрешностей, обусловленных их сезонной, синогггической, межгодовой и междекадной изменчивостью; выявлены долгопериодные тенденции изменений МПТ и проведен анализ их значимости;

- в работах [3, 7, 16, 20] соискателем выполнена систематизация оценок меридиональных тепломассопереносов в Северной Атлантике разных авторов для анали-

за их пространственно-временной изменчивости, выполнены расчеты, обобщены результаты;

- в работах [5, 8, 9, 18, 21, 22] диссертантом получены оценки среднегодовых расходов течений и свердруповских переносов массы в Северном субтропическом антициклоническом круговороте, и выполнен корреляционный анализ для установления связи между ними на межгодовых масштабах;

- в работах [10, 24] соискателем обобщены оценки зонально-интегрированных переносов массы в четырех слоях (поверхностном, промежуточном, глубинном и придонном) в Субтропической Атлантике, выявлены их долговременные тенденции

и сформулированы выводы.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, представленные в диссертации, докладывались на заседаниях семинаров и ученого совета Морского гидрофизического института Национальной академии наук Украины, а также на национальных и международных конференциях и семинарах:

- международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005», Севастополь, 12 - 16 апреля 2005 г., «Ломойосов-2006», 17

- 27 апреля 2006 г., «Ломоносов-2007», 3 - 4 мая 2007 г., «Ломоносов-2008» 24 -25 апреля 2008 г., «Ломоносов-2009» 4 - 5 мая 2009 г.;

- международный научно-технический семинар «Системы контроля окружающей среды», Севастополь, 10-14 сентября 2007 г., 14-18 сентября 2009 г., 13

- 17 сентября 2010 г.;

- международная школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов стран СНГ «Рациональное природопользование», Москва, Россия, 7-9 декабря 2005 г.;

- международная научная конференция «Демидовские чтения на Урале», Екатеринбург, Россия, 2-3 марта 2006 г.;

- международная научная конференция «Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интеграционных процессов в образовании и науке», Севастополь, Украина, 19-24 августа 2006 г.;

- Summer school «Climate changes impact on marine ecosystems», Ankara, Turkey, 13-27 августа 2006 г.;

- международная конференция молодых ученых «Современные проблемы рационального природопользования в прибрежных морских акваториях Украины», п. Кацивели, 12-14 июня 2007 г.;

- международная научная конференция «Науки о Земле и Космосе обществу»,

Киев, 25 - 27 июня 2007 г.;

- международная научная конференция «Проблеми розвггку наук про Землю в баченш молодих науковщв», Киев, 29 - 30 мая 2008 г.;

- научная конференция «80-лет МГИ НАНУ: Прошлое, настоящее, будущее -2009», Севастополь, 8-10 сентября 2009 г.;

- международная научно-практическая конференция молодых ученых по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus - 2009», Севастополь, 21 - 24 сентября 2009 г.; ,

- школа-конференция молодых ученых «Изменения климата и окружающей среды северной Евразии: анализ, прогноз, адаптация», Кисловодск, Россия, 14-20 сентября 2014 г.;

— международная научная конференция «Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потенциала Юга России», п. Кацивели, Крым, 15 - 18 сентября 2014 г.

Публикации. Научные результаты диссертации опубликованы в 4 статьях в научных журналах, в 6 статьях в сборниках научных работ и в 20 тезисах и материалах научных конференций. В изданиях рекомендованных ДАК МОН Украины по географическим наукам, опубликовано 10 работ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка использованных литературных источников. Она содержит 154 страницы печатного текста, в том числе 29 рисунков и 19 таблиц. Список использованных литературных источников включает 245 наименований и насчитывает 21 страницу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, показана ее связь с научными программами Морского гидрофизического института HAH Украины, формулируются цель и задачи работы, изложены методы исследования и научная новизна полученных результатов, описано их практическое значение, приведены сведения об апробации результатов работы, количестве публикаций и структуре работы.

Раздел 1 включает: физико-географическое описание региона Северной Атлантики, современное представление о поверхностной и глубоководной циркуляции и о термохалинной структуре водных масс; краткую характеристику используемых в работе массивов данных и методик предварительной их обработки для расчета меридиональных переносов тепла (массы) и расходов течений; обоснование выбора прямого метода оценки МПТ; описание методики расчета погрешностей интегральных МПТ; описание методик расчета отдельных компонент суммарного меридионального тепломассопереноса.

В работе использовались высокоточные данные гидрологических наблюдений и данные о касательных напряжениях поля ветра, полученные в период проведения эксперимента WOCE (World Ocean Circulation Experiment) за 1992 - 1998 гг. в окрестности стандартных разрезов .403 (вдоль 36° с.ш.), Л05 и AR01A (вдоль 24,5° с.ш.), А06 (вдоль 7,5° с.ш.); данные акустических измерителей течений WOCE за 1988, 1990, 1992, 1993 гг. и RAPID (Rapid Climate Change Program) 2004 - 2006 гг.; среднемесячные данные реанализа NCEP/NCAR о давлении в приводном слое и температуре поверхности океана за период 1948 - 2013 гг.; данные о глубоководной температуре и солености WODB (World Ocean Data Base) за 1948 - 2008 гг.; данные ежесуточных расходов Флоридского течения за 1982 - 2008 гг., предоставленные в свободном доступе Атлантической океанографической и метеорологической лабораторией {AOML) при финансовой поддержке офиса климатических наблюдений NO А А. Для оценки среднемноголетних значений интегрального меридионального переноса

тепла (массы) и анализа их долгопериодных тенденций изменения в Северной Атлантике использовались все доступные прямые оценки, полученные по данным гидрологических зональных разрезов за период 1957 - 2004 гг.

Процедура обработки первичных данных включала контроль качества, линейную интерполяцию их в узлы регулярной сетки по долготе и глубине. Для нахождения среднемесячных, среднегодовых, среднемноголетних значений меридиональных переносов массы (тепла) проводилось осреднение их значений за соответствующие периоды.

Основоположниками прямого метода расчета интегрального меридионального переноса тепла, по данным зональных гидрологических разрезов можно считать Брайдена и Холл (Bryden, Hall, 1980). Согласно их методике, квазистационарный среднегодовой МПТ в океане (77) можно рассчитать как

h L

Н =Cpp]¡(vT)dxdz t (1)

о о

где /г и Ь - глубина и ширина океана; V- меридиональная компонента скорости; Т-температура воды; Срра 4,18 Дж/(град-см3), Ср - удельная теплоемкость морской воды при постоянном давлении, р - плотность морской воды. Черта сверху означает осреднение по времени.

Ясно, что для расчета МПТ прямым методом необходимо иметь данные о меридиональной компоненте скорости и температуре на каждом круге широты. Так как поля V и Т подвержены сезонным и синоптическим флюктуациям, представим их, в виде (Полонский, 1985):

у = У + У' + У",

Т = Т + Т' + Т' (2)

где V и Т' - сезонные вариации, V и Т" - синоптические вариации.

Подставляя (2) в (1), получим:

hLf ____ _ _Л

dxdz

(3)

H = Cppfti VT+VT+ V"T"+ VT" + VT[

0 04 4 у

Таким образом, квазистационарный среднегодовой перенос тепла связан со среднегодовой меридиональной циркуляцией (слагаемое 1 в уравнении (3)), наличием корреляций скорости и температуры на сезонном (слагаемое 2) и синоптическом (слагаемое 3) масштабах, а также различными корреляциями между сезонными и синоптическими флюктуациями (слагаемые 4).

Для расчета квазистационарного среднегодового меридионального переноса тепла (Í7 ) по данным гидрологических зональных разрезов использовалась методика, подробно описанная в работе (Коротаев, 1983), в предположении о стационарности меридиональной циркуляции. Полные дрейфовые потоки, оценивались по соотношениям Экмана. Бароклинные полные потоки рассчитывались путем интегрирования бароклинных скоростей течений, которые рассчитывались по геострофическим соотношениям, относительно нулевой поверхности 2000 м (Sato, Rossby, 2000).

В прибрежных частях разреза за нулевую поверхность принималось дно (Полонский, Крашенинникова, 2006). Интегральный бароклинный перенос оценивался - в различных слоях с учетом структуры течений на разрезе, для того чтобы уменьшить систематическую погрешность связанную с расчетом геострофических течений, определяемую скоростью на нулевой поверхности. Баротропный полный поток рассчитывался с применением закона сохранения массы (Bryden, Hall, 1980). В стационарном случае он сводится к отсутствию интегрального переноса массы через круг широты. Тогда интегральный баротропный перенос можно считать равным сумме бароклинного и дрейфового переносов, взятой с противоположным знаком.

В нестационарном случае необходимо знать не только сезонную изменчивость меридиональной циркуляции, но и оценку синоптических флуктуаций температуры и меридиональной компоненты скорости течений для различных сезонов и для всей толщи вод, или, по крайней мере, до нижней границы основного термоклина. Для того чтобы описать синоптические возмущения и оценить соответствующие им МПТ по данным гидрологических разрезов и инструментальных наблюдений применялись методики, описанные в работе (Полонский, 1985). Причем оценивался не только интегральный МПТ синоптическими вихрями, но и соответствующий МПТ отдельно для западной, центральной и восточной частей разреза.

Расчет дрейфовых меридиональных переносов тепла (массы) #/р (Q/p) и переносов тепла, обусловленных горизонтальной свердруповской циркуляцией, (сверд-руповских переносов массы) Hyc\Qyc") по данным реанализа NCEP/NCAR проводился с использованием формулы Акерблома для расчета касательных напряжений ветра, соотношений Экмана и Свердрупа соответственно, согласно методике изложенной в работе (Полонский, Крашенинникова, 2010). £?/р вычислялись путем интегрирования полных дрейфовых потоков, с учетом конфигурации береговой черты вдоль круга широты между 2,5 и 80° з.д., т. е. между Америкой и Африкой (или Европой). Среднегодовые интегральные дрейфовые меридиональные переносы тепла рассчитывались по следующей формуле:

где Тй — средняя температура верхнего слоя океана; Тн = 3 - 4°С - средняя температура глубинного слоя.

Применение для расчета дрейфовых меридиональных переносов тепла разности температур верхнего и глубинного слоев океана позволяет определить максимально возможный перенос тепла.

Согласно классической теории Свердрупа - Стоммела, полный меридиональный перенос массы в океане постоянной глубины можно найти во внутренних частях круговорота по соотношению Свердрупа. Оценка интегральных 2уС" проводилась по полю ветра над океаническими круговоротами в предположении, что течения в погранслое носят компенсационный характер. Далее на основании оцененных (2УС" проводился расчет переносов тепла, обусловленных горизонтальной свердруповской циркуляцией по формуле:

(4)

где <2УСв - интегральные свердруповские переносы массы (компенсационные), и ГЕ"- средняя температура океана в слое 0 - 1000 м в западном погранслое и во внутренней части круговорота, соответственно.

Переносы тепла, оцененные по выражениям (4) и (5), представляют собой лишь часть интегрального переноса тепла, связанную с дрейфовыми течениями и горизонтальной циркуляцией в океане, вызванной исключительно пространственной неоднородностью поля ветра и температурными контрастами между западным пограничным слоем и внутренней частью крупномасштабных круговоротов. Поскольку Ну№ и НуСв составляют значительную часть суммарного МПТ на существенной части акватории Северной Атлантики и могут быть рассчитаны с гораздо лучшим пространственно-временным разрешением, чем суммарный МПТ, то исследование их изменчивости позволяет оценить декадные и более долгопериодные тенденции в изменчивости существенной части МПТ. Для этого среднегодовые ряды Я/р и Ну" подвергались стандартному статистическому анализу. Вычислялись периодограммы, интегрированные периодограммы и спектры, на основании анализа которых были выделены типичные временные масштабы их изменчивости (2 - 4, 6 - 8, 10 -20, и более 20 лет), описанные в ранней работе (Полонский, Воскресенская, 1996). Затем ряды Я/р и Нус" на каждой широте (с шагом 2,5° и 5° в полосе широт 5 -50° с.ш. Северной Атлантики) обрабатывались высокочастотным фильтром для анализа колебаний с периодом 2-4 года, полосно-пропускающими фильтрами для выделения вариаций с периодами 6-8, 10-20 лет, и низкочастотным фильтром для выделения периодичностей, превышающих 20 лет. Для полученных рядов были вычислены дисперсии и определен вклад изменчивости на разных частотах в общую изменчивость.

Раздел 2 посвящен оценке средних интегральных переносов массы (тепла) и вклада отдельных компонент в суммарный МПТ в Северной Атлантике, а также среднемоголетних расходов течений северо-западной части Северного субтропического антициклонического круговорота.

Выполненный обобщенный анализ оценок МПТ, полученных прямым методом на основании собственных расчетов по данным WOCE и оценок других авторов в окрестности 7,5; 24,5; 26,5; 32; 36 и 48° с.ш. по данным за 1957 - 2004 гг. показал, что максимального значения (1,4 ± 0,19 ПВт) суммарный МПТ достигает в окрестности 30° с.ш. Субтропической Атлантики (рис. 1). По балансовым оценкам квазистационарный МПТ достигает максимума в Тропической Атлантике. Однако различие МПТ в тропиках и субтропиках по данным этих расчетов не является статистически значимым (Тимофеев, Юровский, 2004; Trenberth, Carón, 2001). Следовательно, можно считать, что квазистационарный МПТ характеризуется максимумом именно в Субтропической Атлантике.

На основании выполненных расчетов по данным реанализа NCEP/NCAR и обобщенного анализа оценок разных авторов, по данным наблюдений за 1870 - 2008 гг.

уточнено положение и величина максимума среднемноголетнего Н^ (Q^) иЯ, 8 (буС°)- Дрейфовый перенос массы (тепла) равен ~ 17,4 ± 1,5 Св (-1,6 ± 0,1 ПВт) на 12,5° с.ш. и может полностью определять вынос тепла в северную часть Тропической Атлантики. Максимальный свердруповский перенос массы (перенос тепла,

обусловленный свердруповской горизонтальной циркуляцией) наблюдается на 30° с.ш. и равен -34,5 ± 3,3 Св (0,5 ± 0,04 ПВт). Оценка вклада НуСв в интегральный МПТ вблизи максимума составляет ~ 40%.

Среднемноголетний расход Флоридского течения (ФТ), рассчитанный по инструментальным данным АОМЬ (ЫОАА) и среднегодовым оценкам разных авторов на 27° с.ш. Субтропической Атлантики, оказался равным 31 ± 1 Св за 1982 — 2008 гг. Среднемноголетний расход Гольфстрима, оцененный в (Джиганшин, Полонский, 2009) по данным ЖОИВ за 1950 - 2004 гг., равен 96 Св. Таким образом, на долю Флоридского течения приходится ~ 30% расхода Гольфстрима. Остальные ~ 70% его расхода формируются за счет других факторов. Свердруповским переносом обусловлено ~ 25% среднего расхода Гольфстрима и ~ 80% среднего расхода ФТ, остальная часть обусловлена термохалинными факторами. Среднемоголетний расход Антильского течения, оцененный в работе, оказался равным ~7 Св и может обуславливать до 10% расхода Гольфстрима.

юш' 100°з.д. 90° 80° 70° 60» 50° 40» 30» 20» 10° 0°

Рис. 1. Схема интегрального переноса тепла в Северной Атлантике.

В разделе 3 проанализирована изменчивость тепломассопереносов в Северной Атлантике на внутригодовом масштабе. На основании выполненных расчетов и анализа оценок МПТ других авторов, показано, что интегральные меридиональные переносы тепла подвержены достаточно интенсивной сезонной изменчивости. В конце лета в Субтропической Атлантике наблюдается максимум интегрального МПТ (около 1,9 ПВт), в конце зимы - минимум (около 0,8 ПВт), типичная амплитуда годового хода составляет 0,3 - 0,5 ПВт. Внутригодовой ход Ну" (£>/") в Северной Атлантике содержит годовую и полугодовую гармоники, что связано с пространствен-

но-временной структурой изменчивости поля ветра над океаном. Амплитуда годовой гармоники максимальна между 7,5 - 10° с.ш. и равна 5 Св (0,5 ПВт). Севернее 15° с.ш. в изменчивости Н " (QJ") увеличивается роль полугодовой волны.

Внутригодовой цикл течений северо-западной части Северного субтропического антициклонического круговорота описывается суперпозицией годовой и полугодовой гармоник и в большей степени обусловлен действием ветра. В западном по-гранслое на ~ 26° с.ш. Субтропической Атлантики заметна роль синоптических вихрей. Несмотря на то, что в спектре низкочастотных колебаний расходов течений северо-западной части ССАК сезонная изменчивость является наиболее изученной, однако между оценками разных авторов имеются существенные противоречия (Baringer, Larsen, 2001). Эти различия обусловлены тем, что межгодовая изменчивость расхода Флоридского течения проявляется как в межгодовых вариациях текущих среднегодовых значений его расходов, так и в вариациях амплитуд годовой и полугодовой гармоник. Вероятно, изменение типичного внутригодового цикла расходов ФТ связано с очередной сменой знака Атлантической мультидекадной осцилляции (Knight et al„ 2005).

В разделе 4 проанализирована изменчивость тепломассопереносов в Северной Атлантике на синоптическом масштабе на основании использования двух типов данных наблюдений: зональных гидрологических разрезов WOCE и заякоренных буев с акустическими измерителями течений RAPID. В разделе также описывается вклад переносов тепла, обусловленных квазистационарной меридиональной циркуляцией (слагаемое 1 в (1)) и переносами тепла, обусловленными нестационарными эффектами (слагаемые 2, 3, 4 в (1)).

Оценки интегрального МПТ, полученные в диссертационной работе, на основании использования данных 4-х гидрологических разрезов WOCE свидетельствуют о том, что Я, обусловлен главным образом квазистационарной меридиональной

циркуляцией верхнего бароклинного слоя, структура которой достаточно устойчива. Вертикальная структура крупномасштабных течений в бароклинном слое характеризуется сменой знака между верхним 1500-метровым слоем и нижележащими слоями. Это подтверждает, что перенос массы в верхнем бароклинном слое в некоторой степени компенсируется в Субтропической Атлантике противоположно направленным переносом в промежуточных слоях. Вклад переноса тепла, обусловленный квазистационарной меридиональной циркуляцией (слагаемое 1 в (1)) ~ 95%, синоптическими вихрями (слагаемое 3 в (1)) ~ 1%, корреляциями скорости и температуры на сезонном (слагаемое 2 в (1)) и сезонно-синоптическом масштабах (слагаемое 4 в (1)) не более 4% в интегральный МПТ на 25 - 27° с.ш. Субтропической Атлантики. Причем, в западном погранслое Субтропической Атлантики перенос тепла вихрями может увеличиваться до ~ 10%.

Раздел 5 содержит обобщенную информацию об изменчивости интегральных меридиональных переносов массы (тепла) и их отдельных компонент в Северной Атлантике на межгодовом и междекадном масштабах.

Надежное выделение низкочастотных вариаций океанологических характеристик (включая МПТ) с типичными периодами от десяти до нескольких десятков лет - до сих пор трудноразрешимая проблема вследствие ограниченного количества

данных наблюдений и высокого уровня шумов. Поэтому для исследования низкочастотной изменчивости МПТ в Субтропической Атлантике привлекались все оценки этого переноса, полученные по данным прямых наблюдений на гидрологических разрезах в полосе широт между 24 - 36° с.ш. за период 1957 - 2004 гг., так как их средние значения здесь максимальны, и они относительно мало изменяются от одной широты к другой. Это позволило частично заполнить имеющиеся пробелы во временных рядах среднегодовых оценок МПТ и повысить достоверность выделения их низкочастотной изменчивости в этом регионе (рис. 2, а). Для того, чтобы оценить межгодовую и междекадную изменчивость существенной части МПТ, временные ряды Я/р (0/р) и НуСв ((¿у) подвергались стандартному статистическому анализу. На основании периодограмм-анализа получено, что в Тропической Атлантике существенная доля дисперсии ///р (<2/р) (54%) и Нус" (£>/") (26%) приходится на периоды, превышающие 20 лет. Причем, этот результат не связан с наличием линейных трендов, поскольку перед проведением спектральных оценок они предварительно удалялись. В субтропических и средних широтах основная энергия флуктуаций сосредоточена в более высокочастотной части спектра (с периодом 2-4 года). Частично этот результат связан с высоким уровнем шумов, присутствующих в исходных данных и проявляющихся в повышенном уровне более высокочастотных флуктуаций. 2 1.6

i и ЕС

0.8 0.4

1.4

£ и 5 и

о.<

Рис. 2. Временной ход интегральных меридиональных переносов тепла по прямым оценкам в полосе широт 24 - 36° с.ш. за 1957 - 2004 гг. (а), дрейфовых меридиональных переносов тепла на 10° с.ш., рассчитанных с использованием данных ре-анализа NCEP/NCAR за 1948 - 2013 гг. (б) в Северной Атлантике. Жирные кривые -полиномиальные тренды 4-го порядка; пунктиры - линейные тренды. Вертикальные тонкие линии - (± а). Схема смещения ССАК по (Полонский, 2000; Сарафанов и др., 2009; Curry, McCartney, 2001; Bersh et al., 2007) (e).

Сравнительный анализ переносов массы в разных слоях и интегральных МПТ, полученных разными авторами по данным прямых наблюдений за 1957 - 2004 гг., а также свердруповских и дрейфовых тепломассопереносов, оцененных в настоящей работе по данным реанализа NCEP/NCAR за 1948 - 2013гт., показал, что в Северной

Атлантике эти переносы изменяются с периодом ~ 60 - 65 лет (рис. 2, а, б). Отметим, что вариации Ящ, и НуСв в Субтропической Атлантике, не совпадают по фазе. В период, когда наблюдается максимум суммарного МГГГ, НуСв и его вклад в интегральный МПТ - минимальны. Отмеченная закономерность обусловлена смещением максимума завихренности в поле ветра к юго-западу в 60 - 90-е гг. XX в. (Полонский, 2000). Увеличение дрейфового меридионального переноса массы (тепла) на '10° с.ш. в 60 - 90-е гг. (рис. 2, б) также подтверждает смещение системы северовосточных пассатных ветров в южном направлении, поскольку среднемноголетний максимум дрейфовых меридиональных переносов тепла, как показано выше, приходится на 12,5° с.ш. Тропической Атлантики.

Таким образом, усиление суммарных МПТ в Субтропической Атлантике, сопровождающееся интенсификацией ССАК и его смещением в юго-западном направлении, происходило с середины 60-х по 90-е гг. XX в. При этом ССАК увеличивался / уменьшался в зональном / меридиональном направлении (рис. 2, в). В конце 90-х гг. происходило ослабление МПТ и соответственно - ослабление и смещение ССАК в северо-восточном направлении и изменение его формы: уменьшение / увеличение в зональном / меридиональном направлении.

Анализ линейных трендов Нщ, и НуСв в Субтропической Атлантике, показал, что они незначимы. Значимый положительный линейный тренд выделен только во временном ходе Ну№ в Тропической Атлантике (рис. 2,6) и небольшой отрицательный тренд выделен на 50° с.ш. Северной Атлантики. Они скорее являются следствием квазипериодической изменчивости с периодом, несколько превышающим длину анализируемого ряда. Эти колебания представляют собой часть низкочастотного процесса в системе океан - атмосфера с периодом ~ 65 лет, называемого Атлантической мультидекадной осцилляцией (Полонский, 2008), который проявляется, в частности, в квазисинхронной интенсификации дрейфовых меридиональных переносов массы и тепла в низких и высоких широтах.

ВЫВОДЫ

Диссертационная работа посвящена исследованию пространственно-временной изменчивости меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике. Основные научные результаты диссертации могут быть сформулированы следующим образом:

1. На основе использования данных контактных наблюдений и ре-анализа за последние ~ 65 лет, а также систематизированных оценок интегральных меридиональных переносов массы (тепла) разных авторов уточнено положение максимума интегрального МПТ и его отдельных компонент в Северной Атлантике. Максимального значения (1,4 ± 0,19 ПВт) интегральный МПТ достигает в окрестности 30° с.ш. Субтропической Атлантики, дрейфовый меридиональный перенос массы/тепла - на 12,5° с.ш. Тропической Атлантики и равен 17,4 ± 1,5 Св (1,6 ± 0,1 ПВт), свердруповский перенос массы (перенос тепла, обусловленный горизонтальной свердруповской циркуляцией) - на 30° с.ш. Субтропической Атлантики и составляет -34,5 ± 3,3 Св (0,5 ± 0,04 ПВт).

2. Получена уточненная оценка вклада различных механизмов в интегральный МПТ Северной Атлантики. Вблизи максимума интегрального МПТ в окрестности 30° с.ш. Субтропической Атлантики вклад горизонтальной свердруповской циркуляции составляет 40%, а дрейфового меридионального переноса - не превышает 30 %.

3. Установлено, что основной вклад в перенос тепла на 25 — 27° с.ш. в Субтропической Атлантике вносит квазистационарная меридиональная циркуляция (~ 95%). Приблизительно 5% интегрального МПТ связано с нестационарными эффектами. Вклад вихревых переносов тепла в западном погранслое может достигать в Субтропической Атлантике 10% интегрального МПТ.

4. Выявлено, что максимум интегрального меридионального переноса тепла в Субтропической Атлантике наблюдается в конце лета (около 1,9 ПВт), минимум -весной (около 0,8 ПВт). Амплитуда годовой гармоники дрейфового переноса массы (тепла) максимальна на 10° с.ш. и равна ~ 5 Св (~ 0,5 ПВт), севернее 15° с.ш. увеличивается роль полугодовой гармоники в их изменчивости. Внутригодовой цикл . Флоридского и Антильского течений описывается суперпозицией годовой и полугодовой гармоник и обусловлен в основном действием ветра.

5. Впервые по прямым оценкам интегральных меридиональных переносов массы и тепла и их отдельных компонент подтвержден типичный период междекадной изменчивости тепломассопереносов в Северной Атлантике, составляющий ~ 60 - 65 лет.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ, которые содержатся в изданиях, включенных в перечень ДА К МОН Украины по «географическим наукам»:

1. Polonsky А.В. Evaluation of the meridional heat transport in the Subtropical Atlantic / A.B. Polonsky, S.B. Krasheninnikova // Physical Oceanography. — 2006. — Volume 16, Issue 1. - P. 1-12. (Работа является переводом: Полонский А.Б. Оценка океанического меридионального переноса тепла в Субтропической Атлантике / А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Морской гидрофизический журнал. — 2006. -№ 1. — С. 3 — 15).

2. Polonsky А.В. Meridional heat transport in the North Atlantic and the trends of its variations in the second half of the 20th century / A.B. Polonsky, S.B. Krasheninnikova // Physical Oceanography. - 2007. - Volume 17, Issue 1. - P. 41-52. (Работа является переводом: Полонский А.Б. Меридиональный перенос тепла в Северной Атлантике и тенденции его изменений / А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Морской гидрофизический журнал. — 2007. — № 1. — С. 45-57).

3. Polonsky А.В. Space-and-time variability of the meridional heat transport in the ■ North Atlantic / A.B. Polonsky, S.B. Krasheninnikova // Physical Oceanography. -2011. - Volume 20, Issue 6. - C. 419 - 434. (Работа является переводом: Полонский А.Б. Пространственно-временная изменчивость меридиональных переносов тепла в Северной Атлантике / А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 6. - С.24 - 41).

4. Крашенинникова С.Б. Меридиональный перенос тепла в Северной Атлантике / С.Б. Крашенинникова, А.Б. Полонский // Системы контроля окружающей среды. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2005. - С. 251 - 254.

5. Джиганшин Г.Ф. Влияние межгодовой изменчивости поля ветра в Субтропическом круговороте на расходы Гольфстрима / Г.Ф. Джиганшин, А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Системы контроля окружающей среды. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2006. - С. 296 - 299.

6. Полонский А.Б. Оценка дрейфовых меридиональных переносов в Северной Атлантике / А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Системы контроля окружающей среды. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2007. - С. 263. -266.

7. Полонский А.Б. Низкочастотная изменчивость дрейфовых и интегральных меридиональных переносов тепла в Северной Атлантике / А.Б.Полонский, С.Б. Крашенинникова // Метеорология, климатология и гидрология. - 2008. -

Вып. 50, ч. 2.-С. 196-201.

8. Джиганшин Г.Ф. Межгодовая изменчивость характеристик внутригодового цикла Флоридского течения / Г.Ф. Джиганшин, А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Системы контроля окружающей среды. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2009. - С. 314 - 317.

9. Джиганшин Г.Ф. Низкочастотная изменчивость расхода Флоридского течения / Г.Ф. Джиганшин, С.Б. Крашенинникова, А.Б.Полонский // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2009. - Вып. 19. -С. 415—422.

10. Крашенинникова С.Б. Низкочастотная изменчивость меридиональных переносов массы и тепла в Субтропической Атлантике / С.Б. Крашенинникова // Системы контроля окружающей среды. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2013. - Вып. 19. - С. 166 - 169.

Список опубликованных статей в других изданиях й тезисов в сборниках материалов научных конференций по теме диссертации:

11. Крашенинникова С.Б. Меридиональный перенос тепла в Северной Атлантике и тенденции его изменений / С.Б. Крашенинникова, А.Б. Полонский // Рациональное природопользование: международная школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов стран СНГ, 7-9 декабря 2005: материалы науч. конф. — Москва, 2005. — С. 182 - 186.

12. Крашенинникова С.Б. Оценка океанического меридионального переноса тепла в Субтропической Атлантике / С.Б. Крашенинникова // Ломоносов-2005: междунар. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 17 - 27 апреля 2005 г.: материалы науч. конф. - Севастополь, 2005 - С. 25 - 26.

13. Крашенинникова С.Б. Долгопериодные изменения дрейфовых и свердрупов-ских меридиональных переносов в Северной Атлантике / С.Б. Крашенинникова // Ломоносов-2006: междунар. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 17 - 27 апреля 2006 г.: материалы науч. конф. -Севастополь, 2006 - С. 41 - 42.

14. Крашенинникова С.Б. Низкочастотная изменчивость меридионального переноса тепла в Субтропической Атлантике по прямым оценкам / С.Б. Крашенинникова, А.Б. Полонский // Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интеграционных процессов в образовании и науке: междунар. науч. конф., 19 - 24 августа 2006 г.: материалы науч. конф. - Севастополь, 2006. - С. 107 -108.

15. Крашенинникова С.Б. Меридиональный перенос тепла в Северной Атлантике и тенденции его изменений во второй половине 20-го века / С.Б. Крашенинникова, А.Б. Полонский // Демидовские чтения на Урале: междунар. науч. конф., 2-3 марта 2006 г.: материалы науч. конф. - Екатеринбург, 2006.-С. 315-316.

16. Полонский А.Б. Пространственно-временная изменчивость дрейфовых меридиональных переносов тепла в Северной Атлантике / А.Б. Полонский, С.Б. Крашенинникова // Навколишне природне середовище - 2007: актуальш проблеми экологи та гтдрометеорологн; ¡нтеграцш освгга i науки: м1жнар. наук, конф., 26 - 28 вересня 2007 р.: матер1али наук. конф. - Одеса, 2007. - С. 62.

17. Крашенинникова С.Б. Оценка дрейфовых меридиональных переносов массы и тепла в Северной Атлантике / С.Б.Крашенинникова // Ломоносов-2007: междунар. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 3-4 мая 2007 г.: материалы науч. конф. - Севастополь, 2007. - С.16 - 17.

18. Крашенинникова С.Б. О влиянии межгодовой изменчивости поля ветра в Субтропическом круговороте на расходы Гольфстрима / С.Б. Крашенинникова // Современные проблемы рационального природопользования в прибрежных морских акваториях Украины: междунар. науч. конф., 12 - 14 июня 2007 г.: материалы науч. конф. - Севастополь, Кацивели, 2007. - С. 53 - 54.

19. Крашенинникова С.Б. Долгопериодные тенденции изменения меридиональных переносов тепла в Северной Атлантике / С.Б. Крашенинникова // Проблеми розвитку наук про Землю в баченш молодих науковщв: мЬкнар. наук, конф., 29 - 30 травня 2008 г.: матер1али наук, конф - КиТв, 2008 - С. 6 - 7.

20. Крашенинникова С.Б. Долгопериодные тенденции изменения дрейфовых и интегральных меридиональных переносов тепла в Северной Атлантике / С.Б. Крашенинникова, А.Б. Полонский // Ломоносов-2008: междунар. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 24 - 25 апреля 2008 г.: материалы науч. конф. - Севастополь, 2008. - С. 22 - 23.

21. Джиганшин Г.Ф. Механизм взаимодействия Флоридского течения, свердрупов-ского переноса и Североатлантического колебания / Г.Ф. Джиганшин, С.Б. Крашенинникова // Экология моря. - 2009. - 78. - С. 50 - 54.

22. Джиганшин Г.Ф. Механизм взаимодействия Флоридского течения, свердрупов-ского переноса и САК на межгодовом масштабе 7 Г.Ф. Джиганшин, С.Б. Крашенинникова // Pontus Euxinus-2009: 6-я междунар. научно-практич. конф. молодых ученых по проблемам водных экосистем, 21 - 24 сентября 2009 г.: материалы науч. конф. — Севастополь, 2009. - С. 41 — 42.

23. Крашенинникова С.Б. Синоптическая изменчивость циркуляции Субтропической Атлантики и ее вклад в меридиональный перенос тепла / С.Б. Крашенинникова // Изменения климата и окружающей среды северной

Евразии: анализ, прогноз, адаптация: школа-конф. молодых ученых, 14 -20 сентября 2014 г.: материалы науч. конф. - Кисловодск, 2014. - С. 91 - 94. 24. Крашенинникова С.Б. Исследование меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике по данным контактных наблюдений / С.Б. Крашенинникова // Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потенциала Юга России: междунар. науч. конф., 15 - 18 сентября 2014 г.: материалы науч. конф - п. Кацивели, 2014 г. - С. 142 -144.

АНОТАЦ1Я

Крашеншшкова С.Б. Просторово-часова мшливкть меридюналыюТ циркуля uiY та перенесет, тепла в Швшчшй Атлантищ - рукопис.

Дисертащя на здобутгя наукового ступеня кандидата географ1чних наук за спе-щальшспо 11.00.08 - океанолопя. - Морсысий пдроф1зичний шститут HAH УкраУ-

ни, Севастополь, 2014. .

Дисертащя присвячена дослщженню просгорово-часовоУ мшливосп меридюна-льноГ циркулящУ та переносов тепла в ШвшчнШ Атлантищ. По даних контактних спостережень та атмосферного реанал1зу, а також сисгематизованих середшх ощнок ¡нтегральних меридюнальних переноав маси (тепла) i i'x окремих компонентов, за останш ~ 65 роюв уточнен! положения максимумов тепломасоперенос1в у Швшчшй Атлантищ. Максимального значения (-1,4 ± 0,19 ПВт) ¡нтегральний МПТ досягае в СубтрошчнШ Атлантищ. Поблизу максимуму ¡нтегрального МПТ внесок горизонтально! свердруповськоТ циркуляцп складае 40%, а дрейфового меридюнального переносу не перевищуе 30%. Основний внесок у переноси тепла на 25 - 27° с.ш. Суб-трошчноУ Атлантики вносить кваз1стащонарна меридюнальна циркулящя (~ 95%). Приблизно 5% ¡нтегрального МПТ пов'язано з нестащонарними ефектами. Внесок вихрових nepeHoeiß тепла в захщному пограничному niapi СубтротчноУ Атлантики може досягати 10% ¡нтегрального МПТ. Виявлено, що ¡нтегральний МПТ мае се-зонну М1нлив1сть з максимумом - наприкшщ лгта (близько 1,9 ПВт), мМмумом -весною (близько 0,8 ПВт). Внутршньор1чний цикл дрейфових меридюнальних теп-ломасопереноав i течШ швшчно-захщноУ частини niBHi4Horo субтрошчного анти-циклошчного кругообну, ощнених по даних шструментальних спостережень, опи-суеться суперпозищею pi4HoV i niBpi4Ho'i гармошк. Ha основ! прямих оцшок ¡нтегральних меридюнальних переност маси i тепла та ix окремих компонент пщгвердже-но, що типовий перюд м^ждекадноУ м1нливост1 тепломасопереноав у ГОвшчшй Атлантищ складае -60-65 роюв.

Ключов! слова: меридюнальна циркулящя, дрейфов!, свердруповсью, вихров1 переноси, сезонна, синоптична, М1жр1чна i мшдекадна м!нлив1сть, Швшчна Атлантика.

АННОТАЦИЯ

Крашенинникова С.Б. Пространственно-временная изменчивость меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.08 - океанология. - Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, 2014.

Диссертация посвящена исследованию пространственно-временной изменчивости меридиональной циркуляции и переносов тепла в Северной Атлантике. По данным контактных наблюдений WOCE и атмосферного реанализа NCEP/NCAR, а также систематизированных средних оценок интегральных меридиональных переносов массы (тепла) и их отдельных компонент, за последние ~ 65 лет уточнены положения максимумов тепломассопереносов в Северной Атлантике. Максимального значения (~ 1,4 ± 0,19 ПВт) интегральный МПТ достигает в Субтропической Атлантике, дрейфовый меридиональный перенос массы/тепла - на 12,5° с.ш. Тропической Атлантики и рамен ~ 17,4 ± 1,5 Св (~ 1,6 ± 0,1 ПВт), свердруповский перенос массы (перенос тепла, обусловленный горизонтальной свердруповской циркуляцией) - на 30° с.ш. Субтропической Атлантики и составляет ~ -34,5 ± 3,3 Св (~ 0,5 ± 0,04 ПВт). Вблизи максимума интегрального МПТ вклад горизонтальной свердруповской циркуляции составляет 40 %, а дрейфового меридионального переноса не превышает 30%. На основании выполненных расчетов по инструментальным данным RAPID, WOCE установлено, что основной вклад в перенос тепла на 25 - 27° с.ш. Субтропической Атлантики вносит квазистационарная меридиональная циркуляция (~ 95%). Приблизительно 5% интегрального МПТ связано с нестационарными эффектами. Вклад вихревых переносов тепла в западном погранслое Субтропической Атлантики может достигать 10% интегрального МПТ. Выявлено, что интегральный МПТ имеет ярко-выраженную сезонную изменчивость с максимумом - в конце лета (около 1,9 ПВт), минимумом - весной (около 0,8 ПВт). Внутригодовой цикл дрейфовых меридиональных тепломассопереносов и течений северо-западной части Северного субтропического антициклонического круговорота, оцененных по данным инструментальных наблюдений WODB и NOAA, RAPID, WOCE, описывается суперпозицией годовой и полугодовой гармоник. Амплитуда годовой гармоники дрейфовых меридиональных тепломассопереносов максимальна на 10° с.ш. и ~ 5 Св (~ 0,5 ПВт). Севернее 15° с.ш. увеличивается роль полугодовой волны в их изменчивости. На основе прямых оценок интегральных меридиональных переносов массы и тепла и их отдельных компонент подтверждено, что типичный период междекадной изменчивости тепломассопереносов в Северной Атлантике составляет -60-65 лет.

Ключевые слова: меридиональная циркуляция, дрейфовые, свердруповские, вихревые переносы, сезонная, синоптическая, межгодовая и междекадная изменчивость, Северная Атлантика

ABSTRACT

Krasheninnikova S.B. Spatio-temporal variability of the méridional circulation and heat transports in the North Atlantic - the manuscript.

The thesis for the academic degree of candidate of geographical sciences, specialty 11.00.08 - oceanology. - Marine Hydrophysical Institute of the NAS of Ukraine, Sevastopol, 2014.

The thesis deals with the space-time variability of the meridional overturning circulation and heat transport in the North Atlantic. According to contact observations and atmospheric reanalysis, and averaged systematic estimates of integral meridional mass (heat) transport and their individual components, over the past ~ 65 years, the positions of maxima heat and mass transport in the North Atlantic were clarified. The maximum value (~ 1,4 ± 0,19 PW) of the integral MHT reaches in Subtropical Atlantic. Near the maximum of the integral MHT contribution of horizontal Sverdrup circulation is 40%, and the drift meridional transport does not exceed 30%. It is found that the main contribution to the heat transport at the 25 - 27° N Subtropical Atlantic makes a quasi-stationary meridional circulation (~ 95%). Approximately 5% of the integral MHT is associated with time-varying effects. The contribution of the eddy heat transport in the western boundary layer of Subtropical Atlantic can reach 10% of the integral MHT. It is revealed that the integral MHT has seasonal variability with maximum - in late summer (about 1.9 PW), and minimum - in spring (about 0.8 PW). Intra-annual cycle of drift meridional heat and mass transports and flows of the north-western part of the North subtropical anticyclonic gyre, is described by superposition of annual and semiannual harmonics. Based on direct estimates of integral meridional mass and heat transports and their individual components a typical heat and mass transport interdecadal variability period in the North Atlantic ~ 60 -

65 years is confirmed.

Keywords: meridional circulation, drift transport, Sverdrup transport, eddies, seasonal, synoptic, interannual and interdecadal variability, North Atlantic.

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук Крашенинниковой Светланы Борисовны

Подписано в печать 14.10.2014 Формат бумаги 60 х 84 1/16.

Объем 0,9 авт.л. Заказ № 42. Тираж 100 экз.

Напечатано НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика» 299011, г. Севастополь, ул. Ленина, 28 Свидетельство о государственной регистрации № 914 Серия ДК от 16.02.02 г.